짐과 신체 사이의 상호작용력을 감소시키기 위한 착용형 로봇 다리 제어
Control Algorithm of a Robotic Leg for Reducing Interaction Force Between a Load and the Human Body
- 주제(키워드) interaction force , lower limbs robot , exoskeleton ,
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 공경철
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063700
- UCI I804:11029-000000063700
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
배낭을 통한 과도한 하중의 운반은 사람의 어깨와 허리 등에 부담을 줄 수 있다. 본 연구에서는 무거운 배낭을 착용한 인체의 부담을 줄이기 위하여 짐과 연결된 착용형 로봇 다리의 제어 방법이 제시되었다. 착용형 로봇 보조를 통해 인체가 느끼는 상호작용력을 최소화할 수 있도록 보조한다면 인체가 느끼는 무거운 배낭에 대한 부담을 줄일 수 있다. 따라서 짐과 인체 사이에 발생하는 상호작용력을 직접적인 제어 변수로 선정하여 상호작용력을 최소화하도록 제어 알고리즘이 설계되었다. 짐과 어깨 사이의 상호작용력을 측정하기위해 배낭의 양 어깨 끈에 힘 센서가 장착되었다. 제어 알고리즘은 제작된 실제 하지 착용형 로봇에 적용되었으며, 트레드밀 위에서 착용 실험을 통하여 검증되었다. 실험은 트레드밀 위에서 하중의 변화와 보행 속도의 변화 2가지에 대하여 보조력의 유무에 따른 어깨의 상호작용력의 변화를 측정하였다. 하중 변화에 대한 실험은 로봇을 착용한 상태에서 3kph의 속도로 보행하는 경우에 대하여 별도의 하중을 가하지 않은 조건과 5kg의 무게 추를 이용한 하중을 가한 조건에 대하여 실험하였다. 보행 속도의 변화에 대한 실험은 별도의 하중을 가하지 않은 로봇을 착용한 상태로 3kph와 5kph 그리고 7kph로 3가지 조건에 대하여 진행하였다. 실험데이터는 보행주기별로 나누어 분석되어 총 10주기에 대한 평균 상호작용력이 계산되었다. 하중 변화 실험의 경우, 모든 경우에서 보조를 받았을 때 상호작용력이 45% 이상 감소하였다. 속도 변화 실험 또한 모든 경우 50% 이상 상호작용력이 감소하였다.
more초록/요약
Carrying an excessive load through a backpack can put burdens on people's shoulders and waist. In this study, a control method of a wearable robot leg connected to a load is proposed to reduce the burden of the human body wearing heavy backpack. If the robot assistant can minimize the interaction force of the human body, the burden on the heavy backpack felt by the human body can be reduced. Therefore, the control algorithm is designed to minimize the interaction force by selecting the interaction force between the load and the human body as a direct control variable. The force sensor is attached to both shoulder straps of the backpack to measure the interaction force transmitted from the luggage to the human shoulder. The control algorithm is applied to the fabricated wearable robot leg, and it was verified through experiments using treadmills. Experiments are performed on the changes of load and walking speed on the treadmill, with and without robot assist. Experiments on the change of the load are carried out under the condition that no load is applied and the 5kg load is applied when walking at a speed of 3 kph. Experiments on changes in walking speed are carried out under three conditions of 3 kph, 5 kph, and 7 kph without load. Experimental data are analyzed by walking cycle and the average interaction force is calculated for 10 cycles. In the case of the load change experiment, the interaction force is reduced by 45% or more when it is assisted in all cases. The velocity change experiment also showed a decrease in interaction force by more than 50% in all cases.
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